阅读说明：本技术 一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法 (Preparation method of super-hydrophobic flame-retardant coating with excellent performance ) 是由 李宗晟 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法,制备步骤如下：取<Image he="24" wi="34" file="DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>分散于无水乙醇和氨水混合液中,超声搅拌后加热,将十八烷基三甲氧基硅烷加入至混合液中,得到溶液A；取双酚A型环氧树脂将其溶于无水乙醇中,采用超声搅拌,得到溶液B；将溶液A与溶液B混合均匀后迅速加入TEOS,并加入阻燃剂中间体继续搅拌,得到悬浮液C；将悬浮液C喷涂到基底上固化,即得到超疏水阻燃涂层；本发明的利用微纳米结构与环氧树脂相结合,成功制备出一种具有良好机械稳定性以及化学稳定性的阻燃超疏水涂层,该涂层制备成本较低,制备工艺简单,易于实现大规模工业化应用。(The invention discloses a preparation method of a super-hydrophobic flame-retardant coating with excellent performance, which comprises the following steps: get Dispersing in a mixed solution of absolute ethyl alcohol and ammonia water, heating after ultrasonic stirring, and adding octadecyltrimethoxysilane into the mixed solution to obtain a solution A; dissolving bisphenol A epoxy resin in absolute ethyl alcohol, and performing ultrasonic stirring to obtain a solution B; uniformly mixing the solution A and the solution B, quickly adding TEOS, adding a flame retardant intermediate, and continuously stirring to obtain a suspension C; spraying the suspension C on a substrate for curing to obtain the super-hydrophobicA flame retardant coating; the flame-retardant super-hydrophobic coating with good mechanical stability and chemical stability is successfully prepared by combining the micro-nano structure with the epoxy resin, and the coating is low in preparation cost, simple in preparation process and easy to realize large-scale industrial application.)

一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及超疏水涂层制备领域，具体涉及一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法。

背景技术

超疏水表面是指水滴静态接触角大于150°且滚动角小于10°的材料表面；受自然界中荷叶自清洁效应的启发，发现利用独特的微纳米粗糙结构和低表面能性质可以使涂层表面形成空气垫物理屏障层；这一发现已被广泛应用于自清洁、防腐蚀、防结冰以及减阻等诸多工程领域；然而随着工业化的快速发展，具有单一性能的涂层已经无法满足人们的实际需要。

在实际应用中，如何使不同的性能在涂层上兼容；在阻燃方面，现阶段阻燃剂的制备往往依靠着磷元素等极性基团，而疏水性却要求涂层表面尽可能减少极性基团；同时，物理磨损或强酸高温等复杂的使用环境一般都会影响涂层的性能，严重的甚至会使涂层直接失去疏液性；另外，目前对于超疏水涂层的研究大都集中在实验室阶段，而难以实现大规模工业化应用。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法，利用微纳米结构与环氧树脂相结合，成功制备出一种具有良好机械稳定性以及化学稳定性的阻燃超疏水涂层，使不同的性能在涂层上得到兼容，更为重要的是，该涂层制备成本较低，制备工艺简单，易于实现大规模工业化应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

步骤一：取分散于无水乙醇和氨水混合液中，超声搅拌后，加热；

步骤二：将十八烷基三甲氧基硅烷加入至混合液中，搅拌，得到溶液A；

步骤三：取双酚A型环氧树脂将其溶于无水乙醇中，超声搅拌，使其充分溶解，得到溶液B；

步骤四：将溶液A与溶液B混合，搅拌均匀后迅速加入TEOS；并加入阻燃剂中间体继续搅拌，得到悬浮液C；

步骤五：将所得到悬浮液C利用喷枪均匀喷涂到基底上，固化，即得到超疏水阻燃涂层。

进一步的，在步骤一中，分散于无水乙醇和氨水的的规格为两种或两种以上；分散于无水乙醇的和分散于氨水的的粒径比例优选为 1:100。

进一步的，在步骤一中，无水乙醇和氨水的比例为25:1。

进一步的，在步骤一中，

与无水乙醇和氨水的比例为：每0.2 g两种规格的

分别分散于25 mL无水乙醇和1 mL氨水中。

进一步的，在步骤二中，十八烷基三甲氧基硅烷与无水乙醇的比例为：1 g十八烷基三甲氧基硅烷，需要加入10 mL体积无水乙醇。

进一步的，在步骤三中，双酚A型环氧树脂与无水乙醇的比例为：1 g双酚A型环氧树脂，需要加入10 mL体积无水乙醇。

进一步的，在步骤四中，阻燃剂中间体为9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物。

进一步的，在步骤四中，溶液A、溶液B、TEOS和阻燃剂中间体的比例为：1份溶液A和1份溶液B混合后加入0.6 mLTEOS和0.5g阻燃剂中间体。

进一步的，在步骤四中，1份溶液A为取0.4 g 50 nm 、0.4 g 5 μm 分散于50 mL无水乙醇和2 mL氨水混合液中，超声搅拌30 min后，在60 ℃条件下加热，将1 mL十八烷基三甲氧基硅烷逐滴加入至混合液中，在60 ℃下搅拌4小时得到；1份溶液B为取1 g双酚A型环氧树脂将其溶于10 mL无水乙醇中，超声搅拌30 min，使其充分溶解得到。

进一步的，在步骤五中，喷涂后，在60℃下固化1小时。

本发明一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层，采用上述步骤一至五中所述的一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法，制备得到的涂层，均在本申请的保护范围之内。在

具体实施方式

中，本申请的超疏水阻燃涂层分别对机械稳定性、涂层化学稳定性和涂层的阻燃性能进行了测试。在机械稳定性测试中，选择两种物理破坏手段（砂纸磨损和胶带剥离）来测试玻璃基底上的多功能涂层的机械稳定性；在涂层化学稳定性测试中，选择强腐蚀性环境、极端温度环境、紫外线照射以及热流体冲击进行测试；在涂层的阻燃性能测试中，选择可烟密度测试和极限氧指数以及接触角测试。

作为一种更好的技术方案，所述步骤一中

的规格为两种或两种以上，包括但不限制于50 nm

、5μm ；所述步骤一中

与无水乙醇、氨水的比例分别为：

占0.8 g，无水乙醇为50 mL，氨水为2 mL；所述步骤一中

与无水乙醇和氨水比例为：0.4 g 50nm 、0.4 g 5μm 、无水乙醇为50 mL，氨水为2 mL。

作为一种更好的技术方案，所述步骤一中为超声搅拌30 min后，在60 ℃条件下进行加热；所述步骤二中，十八烷基三甲氧基硅烷为逐滴加入至混合液A内，且在60 ℃下搅拌时长为4小时；所述步骤三中，超声搅拌30 min。

作为一种更好的技术方案，所述步骤四中悬浮液C的制备为：取0.4g 50 nm 、0.4 g 5 μm

分散于50 mL无水乙醇和2 mL氨水混合液中，超声搅拌30 min后，在60℃条件下加热，将1 mL十八烷基三甲氧基硅烷逐滴加入至混合液中，在60℃下搅拌4小时，为溶液A。取1 g双酚A型环氧树脂将其溶于10 mL无水乙醇中，超声搅拌30 min，使其充分溶解，为溶液B。将溶液A与溶液B混合，在60℃搅拌均匀后迅速加入0.6 mL TEOS，并加入0.5g9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物继续搅拌两小时，得到悬浮液C。

作为一种更好的技术方案，将所得到悬浮液C利用喷枪均匀喷涂到基底上，在60℃下固化1小时，即可得到具有优异性能的多功能涂层。

与现有技术相比，本发明的一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法，利用微纳米结构与环氧树脂相结合，成功制备出一种具有良好机械稳定性以及化学稳定性的阻燃超疏水涂层，更为重要的是，该涂层制备成本较低，制备工艺简单，易于实现大规模工业化应用。

该方案中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

图1为本发明一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法的机械稳定性与化学稳定性测试图。

图2为本发明一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法的涂层阻燃性能测试图。

具体实施方式

本发明的超疏水阻燃涂层分别对机械稳定性、涂层化学稳定性和涂层的阻燃性能进行了测试。在机械稳定性测试中，选择两种物理破坏手段（砂纸磨损和胶带剥离）来测试玻璃基底上的多功能涂层的机械稳定性；在涂层化学稳定性测试中，选择强腐蚀性环境、极端温度环境、紫外线照射以及热流体冲击进行测试；在涂层的阻燃性能测试中，选择可烟密度测试和极限氧指数以及接触角测试。

如图1-2所示，图1中，图1(a-b)为涂层机械性能测试；其中，图1(a)为涂层剥离测试；图1(b)为涂层摩擦循环测试。图1(c-f)为涂层化学稳定性测试；图1(c)为涂层耐腐蚀测试；图1(d)为涂层耐极端温度测试；图1(e)为涂层耐紫外辐射测试；图1(f)为涂层耐热流体测试。

图2为本发明的涂层的阻燃性能测试。其中，图2（a）为烟密度测试，图2（b）为极限氧指数以及接触角测试。

本发明的一种具有优异性能的超疏水阻燃涂层的制备方法，制备步骤如下：

步骤一：取0.4 g 50 nm 、0.4 g 5μm 分散于50 mL无水乙醇和2 mL氨水混合液中，超声搅拌30 min后，在60℃条件下加热；

步骤二：将1 mL十八烷基三甲氧基硅烷逐滴加入至混合液中，在60℃下搅拌4小时，为溶液A。

步骤三：取1 g双酚A型环氧树脂将其溶于10 mL无水乙醇中，超声搅拌30 min，使其充分溶解，称为溶液B。

步骤四：将溶液A与溶液B混合，在60 ℃搅拌均匀后迅速加入0.6 mL TEOS，并加入0.5 g 9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物继续搅拌两小时，得到悬浮液C。

步骤五：将所得到悬浮液C利用喷枪均匀喷涂到基底上，在60 ℃下固化1小时，即可得到具有优异性能的多功能涂层。

图1(a-b)为本发明的涂层的机械稳定性测试。在本发明中，我们选择两种物理破坏手段（砂纸磨损和胶带剥离）来测试玻璃基底上的多功能涂层的机械稳定性。进行涂层材料的机械稳定性测试的原因在于：涂层材料的机械稳定性对于多功能性涂料的室内室外实际应用都至关重要；通常，超疏水涂层表现出较差的机械稳定性；因为优异的疏液性能高度依赖于脆弱的微纳米结构，所以涂层在遭受一系列物理破坏，如砂纸磨损和胶带剥离后容易失去疏液性能；这使得难以对其实现大规模工业化应用。因此，本发明的涂层对机械稳定性进行了测试。

测试环境（1）胶带剥离：在胶带剥离实验中，将一条胶带粘贴在具有涂层的3cm×6cm玻璃上，然后将其剥离；在经过50次的剥离循环后，水的接触角仍旧在150°以上，滑动角在10°以下。如图1(a)所示，涂层良好的疏液性并没有受到损失；

测试环境（2）砂纸磨损：在耐摩擦测试中，我们将涂有涂层的玻璃片倒扣在800 cw型号的砂纸上，其上负载200 g重物，定义拉动10 cm为一个摩擦循环，利用水滴接触角对涂层疏液性进行测试。如图1(b)所示，本发明的超疏水阻燃涂层在经过40个摩擦循环后，水的接触角依旧在150 °左右，仍具有良好的疏液性。由此而知，本发明的涂层具有良好的机械稳定性。

本发明对涂层化学稳定性进行了测试，其进行测试的具体环境为：强腐蚀性环境、极端温度环境、紫外线照射以及热流体冲击的耐受性。进行恶劣环境中的测试的原因在于：机械破坏只会对涂层的表面进行破坏，在测试涂层的稳定性时，只利用机械强度就无法衡量涂层内部结构改变时对性能的影响，就需要对涂层的化学稳定性进行探究。

测试环境1，本发明在强腐蚀性环境中测试涂层的化学稳定性，其中，强腐蚀性环境为：使用王水模拟苛刻的化学腐蚀环境；王水为高浓度盐酸与硝酸以3：1的体积比混合。将有涂层的玻璃片浸入装有王水的烧杯中，20分钟为一循环周期，取出后用水冲洗并干燥后，测量水滴的接触角和滑动角。

结果如图1(c)所示，在王水中浸泡60分钟后，水的接触角仍然在150°左右，滑动角仍然在10°以下，表明本发明的涂层仍具有优异的疏液性能，即其在极端腐蚀环境下能够保持良好的稳定性。此外，对图1(c)进行补充说明：0-60分钟对应的纵坐标中，较高的均为接触角，较低的均为滑动角；图1(c)中的纵坐标，左侧为接触角（单位为°），右侧为滑动角（单位为°）。

测试环境2，本发明在极端温度环境中测试涂层的化学稳定性，其中，极端温度：在耐低温方面，将涂层置于-25℃环境中6h后取出，待其恢复至室温后待测；在耐高温方面，将涂层置于250℃环境中6h后取出，待其恢复至室温待测。

结果如图1(d)所示，利用水滴的接触角以及滑动角对其性能进行测试，可以看出与25℃时所测液滴的接触角以及滑动角数值相差不大，因此可以判定涂层具有良好的耐极端温度的性能。

测试环境3，本发明在紫外线照射环境中测试涂层的化学稳定性，紫外线照射有可能使涂层失去其性能，因此采用紫外照射灯为辐射源对涂层抗紫外线性能进行探究。将涂层喷涂在载玻片基底上，利用245nm紫外波进行24h长时间的照射，水滴的接触角以及滑动角几乎没有变化。

结果如图1(e)所示，证明本发明的涂层具有良好的耐紫外线性能，可在户外环境中大规模应用。

测试环境4，本发明在抗热流体性能中测试涂层的化学稳定性，其中，抗热流体性能：以水和乙二醇为例，可以看出随着水和乙二醇温度的升高，水滴的接触角逐渐减小但依旧在155°以上、滑动角几乎没有变化。

结果如图1(f)所示，表明涂层对于热流体也具有良好的抵抗性。得到结论：本发明的涂层在恶劣环境中仍能保持十分优异的性能，能够满足在恶劣环境中应用的期望。此外，对图1(f)进行补充说明：四条折线从上到下分别为：水的接触角、乙二醇的接触角、乙二醇的滑动角、水的滑动角。

本发明在测试环境1-4中的测试结果显示：本发明的涂层配方在恶劣环境中能够保持良好的稳定性。

图2为本发明的涂层的阻燃性能测试。其中，图2（a）为烟密度测试，图2（b）为极限氧指数以及接触角测试。本发明的涂层具有良好的阻燃性能，本发明通过烟密度测试、极限氧指数以及接触角测试探究涂层的阻燃性能，具体为使用涂层对PU进行改性，然后通过PU燃烧后的各项数值，来探究涂层的阻燃性能。

如图2（a）所示，本发明通过烟密度探究涂层的阻燃性能，根据GB/T8323.2-2008在ZY6166D烟密度实验装置上对空白PU以及改性PU的烟密度进行测试，可以看出，与空白PU烟密度峰值相比，改性后的PU烟密度峰值降低了39.3%。结果表明，本发明的涂层对PU的改性，能够大大减少火灾发生时一氧化碳、二氧化碳等毒气的释放。

如图2（b）所示，本发明对材料在改性前后的极限氧指数以及接触角等进行测试。根据GB/T2406.2-2009在FTT0077氧指数测量仪上对样品极限氧指数进行测试，结果表明，空白PU的极限氧指数约为16.6%，属于易燃级别；而经过改性后，PU的极限氧指数约为27.2%，达到了难燃级别，并且材料从接触角为0°的超亲水状态变为163°的超疏水状态。

本发明利用不同粒径的二氧化硅以及含碳链相结合，制备出具有优异性能的超疏水涂层，其兼具机械稳定性、化学稳定性和良好的阻燃性能；其制备成本低廉，制备工艺简单，具有大规模工业化的价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。